Ricerca e innovazione || giovedì 24 marzo 2022
Da molto tempo sono noti i vantaggi di una struttura leggera, come quella lignea, in zone caratterizzate da frequenti eventi sismici.
Un importante progetto di ricerca è stato svolto da EUCENTRE di Pavia (Centro Europeo di Formazione e Ricerca in Ingegneria Sismica, Università di Pavia) con l’obiettivo di testare la resistenza al sisma del sistema costruttivo a telaio Wolf Haus. Obiettivi primari di questo progetto innovativo sono stati la ricerca di conferme sperimentali ai modelli di calcolo utilizzati, l’individuazione di aspetti tecnologici da migliorare nonché la certificazione di alcuni fattori previsti in normativa.
Il progetto è stato suddiviso in quattro fasi, studiando prima le singole parti che compongono la struttura, per finire con una simulazione su tavola vibrante di un edificio a quattro piani.
Le prove pseudosatiche sono prove a controllo di spostamento. Questo significa che in testa alla parete viene imposto, mediante degli attuatori, uno spostamento predefinito. Lo spostamento avviene prima in fase di spinta e poi in fase di tiro. Gli stessi attuatori rilevano la resistenza offerta dalla parete all’imposizione dello spostamento. Ogni spostamento viene impresso per tre cicli dopodiché si interrompe la prova e si controlla la presenza di eventuali danni. Finito il rilevamento, si procede al valore di spostamento successivo. La prova prosegue fino a che non vi è un notevole calo (-20%) di resistenza offerto dalla parete. Lo spostamento simula il comportamento della parete sotto azione sismica.
Le prove pseudostatiche hanno permesso di tracciare delle curve forza-spostamento per i vari tipi di parete. Da queste curve si è potuta ricavare l’effettiva resistenza delle pareti e una prima stima del fattore di struttura che serve a identificare la capacità di dissipare energia in caso di sisma. Le prove sono state eseguite con diversi pannelli caratterizzati dalla presenza o meno di aperture (finestra, porta, porta scorrevole) e da diverse configurazioni di carico verticale. Si è potuto rilevare che le scelte apportate in fase di progetto hanno condotto a un aumento della resistenza pari circa al 30% per le singole pareti.
Un ruolo di grande importanza nelle strutture in legno lo ricoprono i collegamenti, poiché sono proprio questi a conferire alla struttura un comportamento dissipativo. Durante la fase di sperimentazione sono state testate sia le unioni tra pareti che le unioni tra parete e solaio in legno. Le prove consistevano, come per le prove su pareti, nell’imposizione di uno spostamento a una delle parti unite in modo da simulare l’azione sismica. E come per le prove su pareti, anche in questo caso i risultati sono stati schematizzati in curve forza-spostamento dalle quali sono state ricavate informazioni sulla resistenza e sulla duttilità.
La normativa italiana richiede un’analisi sismica tridimensionale per tutti gli edifici di nuova realizzazione. I ricercatori dell’EUCENTRE hanno analizzato i dati sperimentali delle prove eseguite sulle pareti e sulle connessioni per ricavarne i parametri di rigidezza necessari a caratterizzare correttamente un modello sismico. Con le conoscenze acquisite si è proceduto alla modellazione dell’edificio a quattro piani da realizzare per il test su tavola vibrante. A seguito delle prove è stato fatto un confronto fra i risultati sperimentali e i risultati di prova realizzati con un programma agli elementi finiti. Analizzando le due modellazioni si è constatato che i risultati ottenuti per le prove su tavola vibrante risultavano essere molto simili a quelli previsti in fase di modellazione.
Per prima cosa si è dovuto scegliere l’accelerogramma di prova. La scelta è ricaduta su uno degli accelerogrammi rilevati durante l’evento sismico di L’Aquila (2009). È stato scelto tale accelerogramma perché presentava delle accelerazioni alla base (peak ground acceleration) superiori a quelle previste da normativa ma soprattutto perchè Wolf Haus è stata una dei principali protagonisti della ricostruzione post sisma con ben 22 edifici e 536 alloggi realizzati in soli 5 mesi. La struttura è stata sottoposta a 6 prove consecutive in cui è stato aumentato percentualmente l’accelerogramma del sisma di L’Aquila fino a ottenere delle accelerazioni di picco max di 1,48g. Le prime quattro prove sono state eseguite sulla struttura al grezzo.
Nonostante l’entità delle azioni in gioco, gli spostamenti d’interpiano rilevati sono stati minori dei limiti previsti in normativa e la struttura non ha riportato danni. Data l’assenza di danni, le successive prove sono state effettuate su struttura completa di finiture. In pochi giorni sono stati inseriti gli infissi e montato il cappotto esterno + intonaco. L’ultimo piano è stato finito completamente e arredato per rendere più realistiche le condizioni all’interno. Tali prove sono state fatte con l’obiettivo di individuare l’influenza e il comportamento degli elementi non strutturali. Nella normativa tecnica italiana (NTC08) l’accelerazione massima prevista alla base vale ag = 0,28g e pertanto il nostro edificio è stato testato a un’accelerazione ben cinque volte superiore (ag = 1,48g 529%) alla massima prevista dalla normativa.
Nel tentativo di portare la struttura al limite di resistenza, si è deciso di testare l’edificio per la settima volta utilizzando, oltre all’accelerogramma di L’Aquila, anche l’accelerogramma dell’evento sismico di Kobe (Giappone 1995). Tale sisma è caratterizzato da vari picchi di accelerazione molto elevati e da spostamenti del terreno maggiori rispetto a quelli registrati a L’Aquila. Queste caratteristiche hanno reso tale sisma uno dei più distruttivi di sempre, causando il crollo di 200.000 edifici. I risultati delle prove su tavola vibrante sono stati straordinari. L’edificio non solo non ha riportato nessun danno per quanto riguarda la struttura portante, ma anche gli elementi secondari hanno superato assolutamente indenni i vari test (nemmeno una crepa nell’intonaco, infissi illesi).
Negli intervalli tra le diverse prove sulla tavola vibrante non sono mai stati sostituiti o semplicemente riserrati i collegamenti della struttura. La struttura è stata quindi sottoposta a ben sette prove consecutive con accelerazioni alla base elevatissime. È importante ricordare che l’accelerazione massima applicata durante le prove (1,48g) supera di ben cinque volte il massimo valore ag = 0,28g previsto dalla normativa italiana (NTC18). La struttura è stata in grado di reagire in maniera ottimale alle prove grazie alle caratteristiche di duttilità e leggerezza che caratterizzano il sistema a telaio delle case Wolf Haus (platform frame).
La leggerezza della struttura e il numero maggiore di connessioni, sottopongono la struttura a forze minori durante un sisma rispetto a quelle che si sviluppano in altri sistemi che, pur essendo in legno, hanno maggiore peso e rigidezza. I test effettuati hanno avuto ampio spazio sui mezzi d’informazione dato che l’edificio Wolf Haus montato sulla tavola vibrante dell’Eucentre di Pavia risulta essere ad oggi l’edificio più alto testato in Europa. In seguito ai risultati ottenuti, è stato rilasciato un certificato che attesta come il sistema costruttivo Wolf Haus sia antisismico e antidanno.
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